三元催化器

三元催化器，是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外淨化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過淨化裝置時，三元催化器中的淨化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以淨化。

由於這種催化器可同時將廢氣中的三種主要有害物質轉化為無害物質，故稱三元。

基本介紹

• 中文名：三元催化器
• 概述：最重要的機外淨化裝置
• 工作原理：增強氣體活性 催化噴塗載體
• 檢測：外觀檢查 背壓試驗
• 使用方法：措施 說明
• 失效原因：溫度過高 慢性中毒 表面積碳

工作原理

增強氣體活性

三元催化器的工作原理是：當高溫的汽車尾氣通過淨化裝置時，三元催化器中的淨化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水(H₂0)和二氧化碳；NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以淨化。

催化噴塗載體

三元催化反應器類似消聲器。它的外面用雙層不銹薄鋼板製成筒形。在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料----石棉纖維氈。內部在網狀隔板中間裝有淨化劑。 淨化劑由載體和催化劑組成。

載體一般由三氧化二鋁製成，其形狀有球形、多稜體形和網狀隔板等。淨化劑實際上是起催化作用的，也稱為催化劑。催化劑用的是金屬鉑、銠、鈀。將其中一種噴塗在載體上，就構成了淨化劑。

檢測

外觀檢查

檢查催化轉化器在行駛中是否受到損傷以及是否過熱。將車輛升起之後，觀察催化轉化器表面是否有凹陷，如有明顯的凹痕和刮擦，則說明催化轉化器的載體可能受到損傷。觀察催化轉化器外殼上是否有嚴重的褪色斑點或略有成青色和紫色的痕跡，在催化轉化器防護罩的中央是否有非常明顯的暗灰斑點，如有則說明催化轉化器曾處於過熱狀態，需做進一步的檢查。

用拳頭敲擊並晃動催化轉化器，如果聽到有物體移動的聲音，則說明其內部催化劑載體破碎，需要更換催化轉化器。同時要檢查催化轉化器是否有裂紋，各連線是否牢固，各類導管是否有泄漏，如有則應及時加以處理。此方法簡單有效，可快速檢查催化轉化器的機械故障。

由於催化劑載體破損剝落、油污聚集，容易阻塞載體的通道，使流動阻力增大，這時可通過測量其壓力損失來進行檢查。

背壓試驗

在催化轉化器前端排氣管的適當位置上打一個孔，接出一個壓力表，啟動發動機，在怠速和2500r/min時，分別測量排氣背壓，如果排氣背壓不超過發動機所規定的限值，則表明催化劑載體沒有被阻塞。

如果排氣背壓超過發動機所規定的限值，則需將催化轉化器後端的排氣系統拆掉，重複以上的試驗，如果催化轉化器阻塞，排氣背壓仍將超過發動機所規定的限值。如果排氣背壓下降，則說明消聲器或催化轉化器下游的排氣系統出現問題，破碎的催化劑載體滯留在下游的排氣系統中，所以首先進行外觀檢查確認催化劑載體完整是非常必要的。對有問題的排氣管、消聲器和催化轉化器也可通過測量其前後的壓力損失來判斷。

真空試驗

將真空表接到進氣歧管，啟動發動機，使其從怠速逐漸升至2500r/min，觀察真空表的變化，如果這時真空度下降，則保持發動機轉速2500r/min不變，且此後真空度讀數明顯下降，則說明催化轉化器有阻塞。

因為催化轉化器的阻塞在真空試驗中是一個漸變的過程，而此試驗是一個穩態的過程（2500r/min），真空度讀數不會產生明顯的下降。如果是在試驗室進行一個催化轉化器阻塞前後的對比檢查，催化轉化器阻塞後，進氣歧管真空度會發生明顯下降，如果進氣歧管真空度下降，並不能完全說明是由催化轉化器阻塞造成的。發動機供油量減少時，進氣歧管的真空度也會下降。因此與真空試驗相比，排氣背壓試驗更能真實反映催化轉化器的情況。

以上方法只能檢查催化轉化器機械故障，催化轉化器的性能好壞，也就是其轉化效率的高低，則需要通過下列的檢查來判斷。

加熱催化

催化轉化器在正常工作狀態下，由於氧化反應產生了大量的反應熱，因此可通過溫差對比來判斷催化轉化器性能的好壞。啟動發動機，預熱至正常工作溫度，將發動機轉速維持在2500r/min左右，將車輛舉升，用數字式溫度計（接觸式或非接觸式紅外線雷射溫度計）測量催化轉化器進口和出口的溫度，需儘量靠近催化轉化器（50mm內）。

催化轉化器出口的溫度應至少高於進口溫度10～15%，大多數正常工作的催化轉化器，其催化轉化器出口的溫度高於進口溫度20～25%。如果車輛在主催化轉化器之前還安裝了副催化轉化器，主催化轉化器出口溫度應高於進口溫度15～20%，如果出口溫度值低於以上的範圍，則催化轉化器工作不正常，需更換；如果出口溫度值超過以上範圍，則說明廢氣中含有異常高濃度的CO和HC，需對發動機本身做進一步的檢查。

其它方法

通過對比整車排放情況來判斷催轉化器效率的方法是不科學的。因為汽車排放的好壞與各系統的工作狀況有關，不可排除的誤差因素較多。

如用冷熱怠速時的排氣濃度變化來檢查催化轉化器轉化效率就是不太準確的方法。發動機冷車時，由於汽缸壁較冷，燃燒不完全而產生大量的CO和HC，而發動機熱車怠速時，由於燃燒條件好轉，發動機已處於閉環控制狀態，不需要催化轉化器的作用，排氣濃度也會大大降低。因此，此項檢查不能保證僅僅針對催化轉化器的轉化效率，可比性較差。

性能特點

三元催化器性能穩定、質量可靠、壽命長，其產品廣泛適用於豐田、本田、別克、奧迪、大眾、現代、鈴木、昌河等車型。

三元催化器的載體部件是一塊多孔陶瓷材料，安裝在特製的排氣管當中。稱它是載體，是因為它本身並不參加催化反應，而是在上面覆蓋著一層鉑、銠、鈀等貴重金屬。它可以把廢氣中的HC、CO 變成水和CO2, 同時把Nox 分解成氮氣和氧氣。HC、CO 是有毒氣體，過多吸入會導致人死亡，而NOX 會直接導致光化學煙霧的發生。

經過研究證明，三元催化器是減少這些排放物的最有效的方法。通過氧化和還原反應，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氫化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化合物被還原成氮氣和氧氣。

三種有害氣體都變成了無害氣體。三元催化劑最低要在250 攝氏度的時候起反應，溫度過低時，轉換效率急劇下降；而催化劑的活性溫度( 最佳的工作溫度) 是400 ℃到800 ℃左右，過高也會使催化劑老化加劇。在理想的空燃比(14.7 ：1) 下，催化轉化的效果也最好。

使用方法

三元催化器清洗噴油嘴清洗時要採取的

措施

1．關閉發動機，將點火開關旋到OFF檔位置。

2．斷開燃油泵保險（繼電器或從油箱處拆下油泵電路插頭）

3．拆下車輛噴油器的供回油管路，根據車型在供回油管路上安裝相應的快速接頭，並與清洗機接好，（回油管可用安裝盲堵，）

4．將三元清洗劑（1004燃油修復劑）按1瓶兌1000毫升的比例，加入清洗機油箱內。

5．接通電源，紅色接車蓄電池的正極，黑色接車蓄電池的負極.

6．調壓：將調壓閥定在低壓，將計時器旋在最高值，打開清洗機電源開關，根據所施工的車的電動汽油泵來調整清洗機的工作壓力。

7．檢查：檢查所有的接頭是否都已接好，確保無漏油現象的發生。

8．清洗：啟動發動機，清洗工作開始，清洗劑用完後，發動機會自動滅火，（當發動機發生警報時表示將停止清洗，可根據情況停止或選擇繼續，如繼續則將計時器旋到高值）在清洗過程中如發生異常，立即關閉清洗機電源開關，修正後在繼續工作。

9．清洗完畢後，斷開清洗設備電源開關，拆開清洗設備和車輛的各管路連線處，恢復車輛的原有燃油管路和電路系統。

10．啟動發動機，檢查有無泄露，一切正常後，清洗工作結束。

說明

車輛清洗過程中，會有難聞的尾氣排出，發動機抖動，均為正常現象。清洗機清洗液用完後，發動機會有部分積碳被軟化，需車主高速行駛20-50公里，可全部排出。

失效原因

溫度過高

常溫下三元催化轉化器不具備催化能力，其催化劑必須加熱到一定溫度才具有氧化或還原的能力，通常催化轉化器的起燃溫度在250—350℃，正常工作溫度一般在400—800℃。催化轉化器工作時會產生大量的自量越高，氧化的溫度也愈高，當溫度超過1000℃時，其內塗層的催化劑就會燒結壞死，同時也極易發生車輛自燃事故。所以必須注意控制造成排氣溫度升高的各種因素，如點火時間過遲或點火次序錯亂、斷火等，這都會使未燃燒的混合氣進入催化反應器，造成排氣溫度過高，影響催化轉化器的效能。

慢性中毒

催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來自於汽油，磷和鋅來自於潤滑油，這四種物質及它們在發動機中燃燒後形成氧化物顆粒易被吸附在催化劑的表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去了催化作用，即所謂的“中毒”現象。

表面積碳

當汽車長期工作於低溫狀態時，三元催化器無法啟動，發動機排出的炭煙會附著在催化劑的表面，造成無法與CO和HC接觸，長期下來，便使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

排氣惡化

催化轉化器對污染物的轉化能力有一定的限度，因此必須通過機內淨化技術將原始排氣降到最低。如果排放的廢氣污染物各成分的濃度、總量過大，比如混合氣偏濃等，就會影響催化器的催化轉化能力，降低其轉化效率。此外，由於廢氣中有大量的HC和CO進入催化反應器後，會在其中產生過度的氧化反應，氧化反應產生大量熱量將使催化反應器溫度過高而損壞。

區別使用

與發動機不匹配、即使是同樣的發動機，同樣的三元催化轉化器，車型不同，發動機常用的工作區間就不同，排氣狀況就發生變化，安裝三元催化器的位置就不同，這都會影響三元催化轉化器的催化轉化效果。因此，不同的車輛，應使用不同的三元催化轉化器。

氧傳失效

為使廢氣催化率達到最佳(90%以上)，必然在發動機排氣管中安裝氧感測器並實現閉環控制，其工作原理是氧感測器將測得廢氣中氧的濃度，轉換成電信號後傳送給ECU，使發動機的空燃比控制在一個狹小的、接近理想的區域內(14．7：1)，若空燃比大時，雖然CO和HC的轉化率略有提高，但NOx的轉化率急劇下降為20%，

因此必須保證最佳的空燃比，實現最佳的空燃比，關鍵是要保證氧感測器工作正常。如果燃油中含鉛、矽就會造成氧感測器中毒。此外使用不當，還會造成氧感測器積碳、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內部線路斷脫等故障。氧感測器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間會使催化轉化器的使用壽命降低。

注意問題

鑒於三元催化器早期失效的原因，使用時應注意如下事項：

1．勿用含鉛汽油。

2．勿長期急速運轉(開環控制狀態)。

3．勿讓發動機轉速忽快忽慢。

4．點火時間勿太遲。

5．長時間啟動不著。

6．不要長時間拔出高壓線試火。

7．測量氣缸壓力時，要拔下燃油泵的中控接頭，從而能停止噴油器向氣缸內噴油。

8．發現有氣缸工作不良時，應及時停車檢查、排除故障。

9．避免混合氣偏濃的諸多因素，如噴油器關閉不嚴，燃油壓力調節器失效(油壓過高)、氧感測器失效、空氣流量感測器失效等。

10．催化轉化器只要正確使用，一般不需要維護，故不要隨便拆卸，如需更換時一定要與發動機匹配。

養護方法

1、裝有三元催化器的汽車不能使用含鉛汽油，因為含鉛油燃燒後，鉛顆粒隨廢氣排經三元催化器時，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積減少，從而大大降低催化器的轉換效率，導致三元催化器鉛中毒。

2、應避免未燃燒的混合氣進入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是200攝氏度左右，最佳工作溫度在400攝氏度至800攝氏度，而超過1000攝氏度後作為催化劑的貴金屬成分自身也將會產生化學變化，從而使催化器內的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱。因此，在車輛使用過程中要注意排除以下幾種情況：

一是過久的怠速空轉；二是點火時間過遲；三是個別缸失火不工作；四是啟動困難；五是混合氣過濃；六是發動機燒機油、七是氧感測器失效；八是散熱不良造成的水溫過高。

3、行駛在不平整的道路時應特別注意不要“托底”，因為三元催化器大多數內部都是蜂窩陶器形成的催化劑承載體，碰撞後容易破碎，使催化器失效和排氣管堵塞。

4、出現不正常的工作狀況，如回火或重複性失速時，應及時停車檢查，因為這些狀況可導致催化轉化器永久性損壞。

5、行駛著的車輛切勿切斷點火開關。

6、在車輛保養時做好對三元催化器的檢查。檢查內容有：排氣管有無異響，這種異響通常由排氣管接頭鬆動、三元催化器損壞、催化劑更換塞鬆動等原因造成；排氣管有無開裂或外殼壓扁之類的外觀損壞；排氣尾管有無催化劑顆粒排出。如果三元催化器外殼損壞或排氣尾管排出顆粒，均需更換。

再生的方法有兩種，即濕法和火法。

濕法回收

用硫酸或於壓力下用氫氧化鈉在鹼性介質內進行分解，使載體溶解。溶解後貴金屬留在殘渣內，再用氯氣和鹽酸浸出，使鉑族金屬進入溶液。在鹼法中，所含SiO2不溶解全部留下來，從而妨礙了對貴金屬的進一步加工處理。用這類方法再生塊狀載體並不可取，因為在催化劑有效使用期間γ-Al2O3已轉變為不溶的α- Al2O3。

而另一方面，各種溶解貴金屬的方法及貴金屬的回收率有較大的變化幅度，這些都是眾所周知的，例如用鹽酸和氯氣、鹽酸和硝酸或鹽酸和過氧化氫等溶解方法。所有這些方法的主要問題之一，就在於很難將鉑族金屬與有色金屬在稀溶液實現分離。這些方法的回收率，尤其是銠的回收率不能令人滿意。

濕法冶金再生過程的負面效應可歸納如下：

①廢水數量過大；

②浸出過的載體扔棄後有待堆放；

③損失貴金屬；

④鋁酸鹽母液硫酸鋁溶液不易利用。

它們的優點是：工作溫度低；在賤金屬含量低的情況下貴金屬含量易於監控並且沉澱過程易於進行。

火法回收

通常火法回收汽車尾氣催化劑涉及陶瓷載體的熔煉同時與貴金屬在金屬捕收劑內的富集。載體在不損失貴金屬的情況下形成熔渣，對該過程至關重要。

氧化鋁顆粒的熔點過於高（大約2000℃）是個大問題。因此，對這類材料只能加入助熔劑或採取極高的熔融溫度進行造渣。一般考慮使用銅、鎳、鉛和鐵作鉑族金屬的可能捕收劑。選用的依據是加工過程及其後的濕法化學階段的難易。用硫酸浸出法將貴金屬—鉑、鈀、銠與金屬捕收劑分開。如果選用銅作捕收劑，也可以用電解法使之分離。與濕法冶金再生廢汽車催化劑相比，火法的優點要大得多：

①在金屬相內富集的濃度高；

②貴金屬回收率高；

③可在有色金屬常用的爐型（鼓風爐、轉爐）或專用裝置（如電爐）內進行再生；

④副產物或殘渣的產出少。

熔煉過程

銅、鎳或鉛工業所用爐子的溫度通常大約1300℃，因此不十分適於熔化陶瓷基汽車尾氣催化劑。這種爐子用焦碳、煤氣、燃油或富氧空氣加熱。大的熔煉廠對額外處理這類材料，肯定不存在任何問題。如果其進料量不足工廠總進料量的1%，則對熔煉過程不會產生任何影響。

故而一方面，在這樣大的爐子內借眾所周知的冶煉方法處理含貴金屬材料的真正優點是冶煉和處理進料成本低，但另一方面又存在不能以有效的回收率和高的產率回收貴金屬特別是銠。鉑族金屬的稀釋過分和造渣量過大。這種情況表明，後續的鉑族金屬回收與精煉等富集過程將需要更高的成本。獲取純金屬是一個漫長而艱巨的過程。故而該法已被許多廠家摒棄。